臺灣博碩士論文加值系統

蒸汽壓力差(vapor pressure deficit, VPD)是表達大氣蒸發能力重要指標，在蒸發散量混合法或Penman-Monteith型態估算模型亦居重要成分。眾多蒸發散量估算方程式中涉及VPD之計算，由於地域性氣候環境背景特性、溫度或濕度或露點等各氣象因子引用考量、取樣資料頻率多寡、資料平均方式及資料組合方式等之不同，目前有超過二十種以上VPD計算式，為國內外著名機構或學者推荐在世界各地廣泛應用。
本文以台灣地區各地農業氣候分區2002-2003年實際氣象觀測記錄，應用頻率分析法(frequency approach)及統計指標法(statistical index approach)進行評估。其中，頻率分析法係藉誤差(error)、全距(range)、優劣排序及出現頻率(frequency)，並匹配權重指數(weighted index, WI)予以量化方式；統計指標法係採根均方差(root mean square error, RMSE)、相關係數(coefficient of correlation, R2)及效率係數(coefficient of efficiency, CE)三項客觀統計指標，分別進行國內外機構或學者所推荐VPD計算式，在國內本土環境應用上適用性之評估。
本文目前整理的VPD計算式共有3種型態26款計算式，分析結果顯示，以頻率分析法而言，各地農業氣候分區均呈現，VPD計算式以24個時溫度日平均為飽和蒸汽壓力，與濕球下陷量為實際蒸汽壓力，具誤差最少、全距最小、出現頻率最多及最高權重指數，性能表現最佳，這樣的結果，對照統計指標法之檢測評估，同樣具最低RMSE、R2值0.99以上及最大CE，性能表現優於其他所有VPD計算式，兩者結果不僅一致，而且皆屬混合法型態。
因此，綜合上述兩項方法評估結果，本研究建議：
1.以往國際性著名機構或國外學者所推薦VPD計算式，並不適合在台灣繼續應用。
2.第25款VPD計算式為：24個時溫度日平均為飽和蒸汽壓力，與濕球下陷量為實際蒸汽壓力，堪稱最適台灣氣候環境本土化VPD計算式，可在台灣各農業氣候分區之應用。

Vapor pressure deficit (VPD) is a significant index for the capacity of evaporation, and also plays an important parameter in estimating evapotranspiration, particularly in the combination or Penman-Monteith type equations. Due to the difference on the environmental climate characteristic, climate variables selected, number of records sampled, averaging means and compoundable ways, there are 3 types 26 VPD calculation methods which were widespreadly used for estimating evapotranspiration around the world.
Those methods for VPD calculation were analyzed and compared using 2002-2003 data from meteorological stations to determine the most appropriate method that can be applied in Taiwan. Frequency Approach (FA) and Statistical Index Approach (SIA) were used to evaluate and compare the results and applicability among these methods in Taiwan. Error, range, frequency, and weighted index (WI) were used in FA. Three objective statistical indexes, root mean square error (RMSE), coefficient of correlation (R2), and coefficient of efficiency (CE), were used in SIA.
For the FA, the results indicated that the VPD calculation using mean of 24 hourly temperature values as saturation vapor pressure, and wet-bulb depression as actual vapor pressure yielded the lowest error, the least range, and the most frequency with the highest WI. These outcomes were as well as the SIA with the lowest RMSE, R2 higher than 0.99 and the highest CE. The performance of this VPD method was proved better than all other VPD methods. The findings were not only consistent with attempts at FA and SIA in this paper, but also belonged to a hybrid type VPD method.
Accordingly, this VPD method was recommended to apply in Taiwan. However, the other VPD calculation methods in literature were not recommended to be used in Taiwan.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章　緒論 1
1-1　前言 1
1-2　研究目的 2
1-3　論文架構 3
第二章　文獻回顧 6
2-1　蒸汽壓力差VPD計算式之重要性 6
2-2　蒸汽壓力差VPD計算式 9
2-3　農業氣候分區 22
第三章　蒸汽壓力差計算式檢測評估方法 25
3-1　頻率分析法(frequency approach) 25
3-2　統計指標法(statistical index approach) 26
3-3　檢測評估分析流程 27
第四章　相關氣象因子計算及氣象數據資料 30
4-1　飽和蒸汽壓力es 30
4-2　飽和蒸汽壓力曲線斜率Δ 30
4-3　濕球溫度Twet 31
4-4　24小時平均蒸汽壓力差VPD24 31
4-5　氣象數據資料 31
第五章　分析結果與討論 34
5-1　頻率分析法 34
5-2　統計指標法 43
5-3　分析結果與討論 54
第六章　結論與建議 56
6-1　結論 56
6-2　建議 56
參考文獻 58
附錄一　頻率分析法各測站各式VPD計算式誤差全距分佈圖 63
附錄二　頻率分析法各測站各式VPD計算式優劣等級出現頻率、權重指數與性能等級分析結果表 65
附錄三　頻率分析法各測站出現頻率分佈圖 74
附錄四　統計指標法各測站各式VPD計算式效率係數分佈圖 106
附錄五　統計指標法26款VPD計算式(y軸)與VPD24(x軸)相關分佈圖 108

表目錄
表1 蒸汽壓力差(vapor pressure deficit, VPD)計算式一覽表 11
表2 國內外著名機構或學者所推荐VPD 計算式應用(或適用或驗證) 地區與優先順序 19
表3 國內外著名機構或學者推荐VPD計算式型態分類與被推荐次數一覽表 21
表4 歷年台灣地區各地農業氣候分區成果一覽表 23
表5 台灣地區各地農業氣候分區氣象資料取樣背景 32
表6 台灣地區各地農業氣候分區各式VPD計算式誤差及全距分析結果一覽表 35
表7 各式VPD 計算式優劣等級出現頻率、權重指數與性能等級分析結果一覽表(桃園區農業改良場，站號：72C44) 37
表8 台灣地區各地農業氣候分區各式VPD計算式權重指數與性能等級分析結果一覽表 41
表9 台灣地區各地農業氣候分區各式VPD 計算式統計檢測結果一覽表 45
表9 台灣地區各地農業氣候分區各式VPD 計算式統計檢測結果一覽表(續) 46
表10 農業氣候分區各測站歷年氣象資料平均表 55


圖目錄
圖1 台灣地區各地農業氣候分區 24
圖2 台灣地區最適蒸汽壓力差(VPD)計算式評估流程圖 28
圖3 農業氣候分區及其代表測站分佈圖 33
圖4 桃園區農業改良場測站各式VPD 計算式誤差全距分佈圖 34
圖5 桃園區農業改良場測站VPD 計算式m25、m1、m18、m8、m12 及
m23 出現頻率分佈圖 36
圖6 台灣地區各地農業氣候分區各式VPD計算式應用頻率分析法檢測評估性能等級分佈圖 42
圖7 不同VPD 計算式效率係數分佈圖(農工中心測站，站號:A2C56) 44
圖8 農工中心測站(站號:A2C56)部份代表性VPD 計算式(y 軸)與VPD24(x軸)相關分佈圖 47
圖9 台灣地區各地農業氣候分區各式VPD計算式應用統計指標法檢測評估性能等級分佈圖 53

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